CN106613913B - 玉米自交系组合选配的近红外-中红外快速筛选方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种玉米自交系组合选配的近‑中红外快速筛选方法，其步骤为：(1)准备实验玉米自交系样品，包括对照父本样品A和母本样品B；(2)扫描所制备样品的近红外光谱和中红外光谱；(3)将得到的近红外光谱和中红外光谱进行融合，得到融合后的近‑中红外光谱矩阵；(4)采用主成分分析近‑中红外光谱矩阵；(5)筛选并确定与对照父本样品A和母本样品B相近的样品；(6)对所确定的相近的样品进行组合选配。本发明克服传统育种方法选择的不定向性，为后续育种过程中亲本的选择提供基础，该方法简易、科学、筛选效率高，能够大批量、快速的在早期筛选出目标玉米自交系组合，节约大量的人力，物力成本。

Description

玉米自交系组合选配的近红外-中红外快速筛选方法
技术领域
本发明属于农作物种子选育领域，特别是涉及一种玉米自交系组合选配的近-中红外快速筛选方法。
背景技术
玉米是世界三大作物之一，其种子需求量巨大。通过作物育种改良作物遗传特性、培育优质品种是提高作物产量、品质，促进经济发展改善民生的有效途径之一。当前的育种方式主要包括杂交育种、回交育种等方法，多采用系谱法来选择优良世代和杂交优势强的父母本，其所耗时间长，而且由于在田间试验，试验条件严苛，极易受到环境条件的影响，并且由于传统育种方法选择的不定向，导致收集种子等工程量浩大，极其浪费人力物力资源。因此，发展一种能够大批量、实时、快速的能在早期筛选出目标玉米自交系组合用于育种的分析方法是非常必要的。
由于近红外、中红外光谱表征的是有机分子含氢基团(C-H,N-H,O-H等)基频、倍频、合频吸收，能提供分子结构和组成状态(如蛋白质、氨基酸、淀粉和脂肪等)等信息，因此近红外、中红外光谱作为一种高效、快速的现代分析技术，以其非破坏性、速度快、成本低等特点以被广泛的应用于农产品品质检测中。但是将近红外、中红外光谱用于玉米自交系组合选配的技术未见报导。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种简易、科学、筛选效率高的玉米自交系组合选配的近-中红外快速筛选方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种玉米自交系组合选配的近红外-中红外快速筛选方法，其步骤为：
(1)准备实验用80目粒径大小的多个玉米自交系样品，包括对照父本样品A和母本样品B；
(2)扫描步骤(1)所制备样品的近红外光谱和中红外光谱，得到实验用玉米自交系样品的近红外光谱和中红外光谱；
(3)将步骤(2)得到的近红外光谱和中红外光谱进行融合，得到融合后的实验用玉米自交系样品近红外-中红外光谱矩阵；
(4)采用主成分分析实验用玉米自交系样品近红外-中红外光谱矩阵，得到实验用玉米自交系样品近红外-中红外光谱矩阵的得分图；
(5)根据步骤(4)得到的实验用玉米自交系样品近红外-中红外光谱矩阵得分图，筛选并确定与对照父本样品A和母本样品B相近的样品；
(6)对步骤(5)所确定的与对照父本样品A和母本样品B相近的样品进行组合选配。
而且，所述的近红外光谱采用的波段是4000-10000cm-1。
而且，所述的中红外光谱采用的波段是：650-4000cm-1。
本发明的优点及有益效果如下：
(1)本发明的玉米自交系组合选配的近-中红外快速筛选方法，相对于传统的育种过程，能够大批量、快速的在早期筛选出目标玉米自交系组合。
(2)本发明的玉米自交系组合选配的近-中红外快速筛选方法，相对于传统的育种过程，可节约大量的人力，物力成本。
(3)本发明的方法简易、科学、筛选效率高，可推广到其它作物的自交系组合选配中。
附图说明
图1为本发明的实施例中33个玉米自交系样品的近红外光谱；
图2为本发明的实施例中33个玉米自交系样品的中红外光谱；
图3为本发明的实施例中33个玉米自交系样品近红外-中红外光谱的主成分得分图。
具体实施方式
本发明通过以下实施例进一步详述。需要说明的是：下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种玉米自交系组合选配的近-中红外快速筛选方法，其步骤如下：
(1)准备实验用80目粒径大小的33个玉米自交系样品(序号No.1-No.33)，包括对照父本样品No.11和母本样品No.20；
(2)扫描步骤(1)所制备的33个玉米自交系样品的近红外光谱和中红外光谱，得到实验用玉米自交系样品的近红外光谱和中红外光谱；近红外光谱扫描波数范围为4000-10000cm-1，中红外光谱扫描波数范围为650-4000cm-1；
(3)将步骤(2)得到的33个玉米自交系样品的近红外光谱和中红外光谱进行融合，得到融合后的33个玉米自交系样品的近红外-中红外光谱矩阵；
(4)采用主成分分析法分析步骤(2)得到的33个玉米自交系样品的近红外-中红外光谱矩阵，得到33个玉米自交系样品近-中红外光谱矩阵的得分图；
(5)根据步骤(4)得到的33个玉米自交系样品近-中红外光谱矩阵的得分图，筛选并确定与对照父本样品A No.11和母本样品No.20相近的样品；
(6)对步骤(5)所确定的与对照父本样品No.11和母本样品No.20相近的样品进行组合选配。
本实施例中33个玉米自交系样品为海南某种子公司提供。采用高速万能粉碎机(FW100)粉碎各玉米品种，并过80目筛，装袋备测。
本发明中的近红外光谱采集采用美国PerkinElmer公司的傅立叶变换近红外光谱仪，InGaAs检测器，仪器自带积分球附件，光谱扫描范围为4000-10000cm-1，分辨率为4cm-1，扫描间隔为4cm-1，扫描次数16。将上述制备好的样品装入样品杯中，压平，并放置在积分球旋转样品台上，以积分球内置参比为背景，分别采集每一个样品的近红外漫反射光谱。中红外光谱采集采用美国PerkinElmer公司的傅立叶变换中红外光谱仪，DTGS检测器，仪器自带的衰减全反射(ATR)附件，扫描范围为650-4 000cm-1，分辨率为4cm-1，扫描间隔为4cm-1，扫描次数16。同样，将上述制备好的样品，装入ATR晶体池中，压平，以空气背景，分别采集每一个样品的衰减全反射中红外光谱。
图1是33个玉米自交系样品在4000-10000cm-1区间的近红外光谱图。从图上可以看出，玉米在4339cm-1、4755cm-1、5184cm-1、5744cm-1、6837cm-1和8360cm-1处存都在吸收峰。其中在5700-5560cm-1，8316cm-1吸收峰主要来自C-H伸缩振动的第一和第二泛频吸收；5172cm-1和6840cm-1吸收峰主要来自O-H缩振动的第一和第二泛频吸收；4744cm-1和4266cm-1吸收峰主要来自C-H伸缩振动和弯曲振动的合频吸收。
图2是33个玉米自交系样品在650-4000cm-1区间的中红外光谱图。这些样品在839cm-1、1006cm-1、1754cm-1、2851cm-1和2931cm-1处存在共同的特征峰，其中，1754cm-1处为玉米中脂肪的特征峰，主要是由羰基伸缩振动引起；2851cm-1和2931cm-1处吸收峰由脂肪族的CH伸缩振动引起；839cm-1和1006cm-1处吸收峰分别来自玉米中的乙烯类化合物和伯醇。
从图1和图2可以看出，所有33个玉米自交系样品在近中红外波数范围内，光谱形状、特征峰的位置都非常相似，因此，根据这些图谱无法筛选出与对照父本样品No.11和母本样品No.20相近的样品。
为了有效的筛选与对照父本和母本相近的样品，将33个玉米自交系样品的近红外光谱和中红外光谱进行融合，得到融合后的近-中红外光谱矩阵，并采用主成分分析法对其进行分析。前两个主成分PC1和PC2分别解释73.43％和21.56％原始光谱变量，图3为33个玉米自交系近-中红外光谱矩阵前两个主成分PC1和PC2的得分图。从图3中可以看出，33个玉米自交系分为两大类，一类位于负的PC1区域，另外一类位于正的PC1区域。而对照父本样品No.11位于负的PC1区域，且距离其最近的样品为：No.32、No.26和No.8；而对照母本样品No.20位于正的PC1区域，且距离其最近的样品为：No.31、No.22和No.21。通过上述方法初步筛选出：玉米自交系样品No.32、No.26和No.8可以作为新的父本，玉米自交系样品No.31、No.22和No.21可以作为新的母本。所选择的与对照父本样品No.11相似的样品No.32、No.26和No.8，可与对照母本样品No.20相似的样品No.32、No.26和No.8之间进行相互组配。
上述参照实施例对玉米自交系组合选配的近-中红外快速筛选方法的详细描述，是说明性的而不是限定性的，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种玉米自交系组合选配的近红外-中红外快速筛选方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)准备实验用80目粒径的多个玉米自交系样品，包括对照父本样品A和母本样品B；
(2)扫描步骤(1)所制备样品的近红外光谱和中红外光谱，得到实验用玉米自交系样品的近红外光谱和中红外光谱；
(3)将步骤(2)得到的近红外光谱和中红外光谱进行融合，得到融合后的实验用玉米自交系样品近红外-中红外光谱矩阵；
(4)采用主成分分析法分析实验用玉米自交系样品近红外-中红外光谱矩阵，得到实验用玉米自交系样品近红外-中红外光谱矩阵的得分图；
(5)根据步骤(4)得到的实验用玉米自交系样品近红外-中红外光谱矩阵得分图，筛选并确定与对照父本样品A和母本样品B相近的样品；
(6)对步骤(5)所确定的与对照父本样品A和母本样品B相近的样品进行组合选配。
2.根据权利要求1所述的玉米自交系组合选配的近-中红外快速筛选方法，其特征在于：所述的近红外光谱的波段是4000-10000cm-1。
3.根据权利要求2所述的玉米自交系组合选配的近-中红外快速筛选方法，其特征在于：所述的中红外光谱的波段是650-4000cm-1。
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